然后，霍去病派人“护送”浑邪王乘坐汉朝“传车”前往长安，自己率领汉军押解着匈奴投降的数万多人渡河，也赶往长安，参加汉武帝安排好的受降仪式。
浑邪王及其部众抵达长安后，武帝大喜，封浑邪王为万户漯阴侯，其余小王三人和大当户一人，皆得封侯。而后，汉廷将匈奴降众分处于河南地原先的秦长城之外，作为汉朝属国加以管理。
值得一提的是，日后在武帝一朝几乎与霍光齐名的大名鼎鼎的金日磾，正是被浑邪王杀掉的休屠王的太子。浑邪王投降汉朝之后，他本人和亲戚、贵臣都成为汉朝的侯爷，而休屠王的家属，包括休屠王太子、太子弟以及他们的母亲，却被汉廷没入宫中为奴隶，归属于黄门监，负责替宫廷养马。
有一次，武帝在御苑游宴，当时后宫美人满侧，金日磾等数十人牵马过殿。那些奴隶第一次看到皇帝和众美人，无不窃视，唯独金日磾目不斜视。这个金日磾，身高八尺二寸，容貌甚严，所养之马又肥又好。为此，汉武帝异而问之。武帝召问，言语合心，即刻拜金日磾为马监，迁侍中、驸马都尉、光禄大夫。过后，日磾未尝有过失，深得武帝信爱，出则参乘，入侍左右。由于休屠王曾作金人祭天，所以，武帝赐日磾姓金。
此次大胜之后，汉武帝在河西置武威和酒泉两郡。
霍去病功高如此，汉武帝颁布嘉奖令，诏曰：
骠骑将军（霍）去病率师攻匈奴西域王浑邪，王及厥众萌咸相奔，率以军粮接食，并将控弦万有余人，诛（左犭右尧）（音乔）（左马右旱）（音悍），获首虏八千馀级，降异国之王三十二人，战士不离伤，十万之众咸怀集服，仍与之劳，爰及河塞，庶几无患，幸既永绥矣。以千七百户益封骠骑将军。
河西之战取得全胜之后，汉军进至祁连山一带。至此，汉朝通往西域的大门终于打开，实现了“张中国之左掖，断匈奴之右臂”的既定目标，一下子豁然开朗。
而匈奴方面，则是哀声一片。失去河南地后，继之又在河西失去这一水草丰美的狭长地理通道，只得黯然退回祁连、焉支山脉以北地区。为此，当时匈奴人哀歌道：
失我祁连山，使我六畜不蕃息；失我焉支山，使我嫁妇无颜色。
确实，对匈奴人来说，丧失河套地区、河西走廊这二处大牧场，后果异常严重，使得匈奴的牲畜、人口数量大为减少。从历史地理学、气候学角度看，汉军的步步进逼，迫使匈奴部落的生存空间退缩到年降水量15英寸一线以北的苦寒之地，压力巨大。
霍去病声名如日中天之际，很快为汉朝再立新功！
拥旄为汉将，汗马出长城。长城地势险，万里与云平。凉秋八九月，铁骑入幽并。飞狐白日晚，瀚海愁云生。羽书时断绝，刁斗昼夜惊。乘墉挥宝剑，蔽日引高旌。云屯七萃士，鱼丽六郡兵。哀笳关下听，玉笛陇头鸣。骨都先自詟，日遂次亡精。玉门罢斥候，甲第始修营。位登万庾积，功立百行成。天长地自久，人道有亏盈。未穷激楚乐，已见高台倾。当今麟阁上，千载有雄名。
南朝诗人虞羲的诗歌《咏霍将军北伐》，就是咏叹霍去病元狩四年的军事行动。
元狩三年（前120年）秋，匈奴单于愤于右部之惨败，各遣数万骑大侵右北平及定襄，杀掠数千人而还。
为此，转年的元狩四年春，见河西大定，汉武帝决定出师漠北，准备犁庭扫穴，对匈奴王廷予以歼灭性打击。
由于汉朝降将赵信曾经说汉军不可能深入漠北而久留，所以，匈奴对于汉朝军队深入漠北，从来没有任何心理准备。
汉武帝这番决定，可谓出其不意，攻其不备。
武帝此次出兵，可谓穷心剧力，安排妥当。他将汉骑兵主力分成两部，每部主力五万精骑兵，步卒和辎重兵加起来几十万人跟随，分别由大将军卫青和骠骑将军霍去病统领。
右部军主帅是大将军卫青，下辖前军将军李广、左将军公孙贺、右将军赵食其、后将军曹襄、西河太守常惠、云中太守遂成。
左部主帅，就是意气风发的骠骑将军霍去病，统领从骠侯赵破奴、昌武侯安稽、北地都尉卫山、右北平太守路博德以及李广的儿子校尉李敢等人。
卫青、霍去病二部出塞时，武帝又下令征发民间私马十四万匹。如此大规模举兵，在汉朝可谓前所未有。武帝暗下决心，想在漠北一战中全歼匈奴。
根据情报，武帝判断匈奴单于应该率领主力在西，就命令霍去病率精锐出定襄以击单于，卫青领兵代郡。
霍去病初出定襄后，就捕得匈奴俘虏，供称说单于主力大军在东边。为了让霍去病主力独当匈奴主力，武帝改派霍去病为右部出代郡，寻歼单于主力；而让卫青为左部，领兵出定襄。
匈奴得知汉军大举北征后，自然也召集诸将商议对策。赵信大不以为然：“汉军即使到达漠北，人马也会疲惫不堪，到时候我们匈奴大军坐待就可以把他们全都活捉！”
瞧赵信这大话说的。岂料，单于还真信了，他一方面集中主力精锐于漠北（今蒙古国库仑），一方面将其辎重军需远置于更北方向。
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